1.SPI接口原理

串（chuàn）行（háng）外围设备（bèi）接（jiē）口(Serial Peripheral Interface,SPI)，用（yòng）来在微控制器和外围设备芯片之间（jiān）提供一个低（dī）成本、易使（shǐ）用的接口(SPI有时候也被称为（wéi）4线接（jiē）口)。这（zhè）种接口可以用来连接存储器（qì）(存储（chǔ）数据)、A/D转换器、D/A转换（huàn）器、实时时钟日（rì）历、LCD驱动器、传感器等等。

SPI主要使用（yòng）四（sì）个信（xìn）号：主机（jī）输出/从（cóng）机输（shū）入(MOSI)、主（zhǔ）机输入/从（cóng）机输出(MISO)、串行SCLK或SCK、外设芯片(CS)。有些处（chù）理器（qì）有SPI接口专（zhuān）用的芯（xīn）片选择，称为从机选择SS。

MOSI信（xìn）号由主机产（chǎn）生，从机接（jiē）受。在（zài）有些芯片上，MOSI只（zhī）被简单地标（biāo）为串行输入(SI),或者（zhě）串行数据输入SDI。MISO信号由从机产生，不（bú）过还是在主机的控制下产生的。在一些（xiē）芯片上，MISO有时（shí）被称为串行输（shū）出(SO),或者串行数据（jù）输出（chū）(SDO)。外设（shè）片选信号通常只是（shì）由主（zhǔ）机的备用（yòng）I/O引脚产（chǎn）生。

与标准的串（chuàn）行接口接口（kǒu）不同，SPI是一（yī）个同步协议接（jiē）口（kǒu），所有的传输都参照（zhào）一（yī）个共同的时钟，这个同步时钟信号由（yóu）主机产生，接收数据的外设使用时（shí）钟来对串行比特流的接受进行同步化（huà）。可以将多个具有SPI接口的芯（xīn）片连到主（zhǔ）机的同一个（gè）SPI接（jiē）口上，主（zhǔ）机通过控制（zhì）从设（shè）备的片选（xuǎn）输入引脚来选择接受数据的从（cóng）设备。

2.SPI传输过程（chéng）

主机和外设都包含一个串行移位（wèi）寄存器，主机通过它的SPI串（chuàn）行寄存器写入一个（gè）字节（jiē）来发（fā）起一次传（chuán）输。寄（jì）存器是通过MOSI信号线将字节（jiē）传（chuán）送给外设，外设也将自己的移位寄存器中的（de）内容通过MISO信号线返回给主机。这样（yàng），两个移位寄存（cún）器中（zhōng）的内容就被交换了。外（wài）设（shè）的写操（cāo）作和读操作是同（tóng）步完成的，因此SPI成为一个很有效（xiào）的协议。

如果只是（shì）进行（háng）写操作，主机（jī）只需忽略收（shōu）到的字（zì）节（jiē）;反（fǎn）过（guò）来，如（rú）果主机要（yào）读取（qǔ）外设的（de）一（yī）个字节，就必须（xū）发送一个空（kōng）字节（jiē）来引（yǐn）发从机（jī）的传输。

当（dāng）主（zhǔ）机发送一个连（lián）续的数据流（liú）时（shí），有些外设能够进行多字节传输。许多拥（yōng）有（yǒu）SPI接口的存储器芯片都以这种（zhǒng）方式工作（zuò）。在这（zhè）种（zhǒng）传输方（fāng）式（shì）下，SPI外设的芯（xīn）片选择端必须（xū）在整个传输过（guò）程中（zhōng）保持低电平。比如，存储（chǔ）器（qì）芯片会希望在一（yī）个（gè）“写“命令之后紧接着收到的是（shì）四个地（dì）址字节(起始（shǐ）地址（zhǐ）)，这（zhè）样（yàng），后面接（jiē）受到的数据（jù）就可以存储到该（gāi）地址。一次传输可能会涉及千（qiān）字（zì）节的（de）移（yí）位或更多信息。

其他外设只需要一个单字节（jiē）(比如一个发给A/D转（zhuǎn）换器的命令)，有些甚至还支持菊花链连（lián）接（jiē），菊（jú）花链连接（jiē）三台SPI设备，如下图：

主机处理器从其SPI接口发送三个字（zì）节的数据。第一个字节发（fā）送给外（wài）设A，当第（dì）二个字节发（fā）送给外（wài）设A的时（shí）候，第一个（gè）字节已移出了（le）A，而（ér）传送（sòng）给（gěi）了B。同样，主机想要从外设A读取一（yī）个结果，它必须再发送一个3字节(空（kōng）字节)的序列，这样就（jiù）可（kě）以把A中的数据移到B中，然后再移（yí）到C中，最后送（sòng）回到主机。在这个过程中（zhōng），主机还依次从B和C接受到字节。

注意，菊花链连接不一（yī）定适用于所有的SPI设（shè）备，特别是要求（qiú）多（duō）字节传输的设备（bèi）(比如存（cún）储器芯片)，有的（de）外（wài）设芯片也不支持（chí）菊（jú）花链（liàn）连接。

根（gēn）据时钟（zhōng）极性和时钟相位的不同，SPI有四个工作模式：

时钟极性CPOL有高、低（dī）两极;时（shí）钟极性为低电平时，空（kōng）闲时时钟(SCK)处于低电平，传输时跳到高电平（píng）;时钟极性为高（gāo）电平时，空闲时时钟处于高电平（píng），传输时跳到低电平（píng）。

时钟相位（wèi）CPHA有两个：时（shí）钟相（xiàng）位0和（hé）时钟相位1。当时钟相位为（wéi）0时，时钟周期的前一边缘（yuán）采集数据（jù）;当时钟相位为1时，时钟周（zhōu）期的后一边缘采（cǎi）集数据。